Understanding the Mechanism of a Gut Microbial Genotoxin Involved in Colorectal Carcinogenesis
了解肠道微生物基因毒素参与结直肠癌发生的机制
基本信息
- 批准号:10316686
- 负责人:
- 金额:$ 38.43万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2016
- 资助国家:美国
- 起止时间:2016-07-01 至 2026-07-31
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:AchievementAffectAlkylating AgentsAmericanAnabolismAnimal ModelBiologicalBiologyBoronic AcidsCancer BiologyCancer EtiologyCellsCessation of lifeChemicalsChromosomal InstabilityColitis associated colorectal cancerColorectal CancerDNADNA AdductsDNA DamageDNA Double Strand BreakDNA Sequence AlterationDevelopmentDiagnosisDiseaseEnzymesEscherichia coliEukaryotic CellExposure toFundingFutureGene ClusterGenomeGoalsGrantHumanHuman Cell LineHuman MicrobiomeIn VitroIncidenceIndividualInfectionInflammatory Bowel DiseasesIslandKnowledgeLocationMalignant NeoplasmsMediatingMetabolic PathwayMetabolismMethodsMicrobiologyMolecularMusMutagensPathway interactionsPatientsPhysiologicalPlayPrevalenceProductionProteobacteriaPublic HealthResearchRoleSpecificityStructureTechniquesToxicologyUnited StatesWomanWorkanimal tissuecancer initiationcancer preventioncancer therapycarcinogenesiscolon cancer patientscolon carcinogenesiscolorectal cancer preventioncommensal bacteriacrosslinkgenotoxicityguided inquirygut bacteriagut microbesgut microbiotahost-associated microbial communitiesin vivo Modelinhibitor/antagonistinsightinterdisciplinary approachmenmicrobialmicrobial communitymicrobiome researchmouse modelpeptide synthasepolyketide synthasepreventprogramssmall moleculesmall molecule inhibitorstructural biologytumor progressiontumorigenesis
项目摘要
PROJECT SUMMARY
Colorectal cancer (CRC) is the third most prevalent form of cancer in the US and the second leading cause of
cancer deaths. Studies over the last several decades have revealed that the gut microbiota influences CRC, and
recent work has implicated gut bacterial genotoxins as key effectors in cancer development and progression.
One of the bacterial genotoxins most strongly connected to cancer is colibactin, a metabolite produced by human
gut commensal bacteria, including certain E. coli strains, that possess a biosynthetic gene cluster termed the
pks island. The increased prevalence of pks+ E. coli in CRC patients and the ability of pks+ strains to potentiate
tumorigenesis in mouse models of CRC suggest colibactin may play a causal role in cancer progression.
However, achieving a mechanistic understanding of colibactin's genotoxicity and contribution to CRC has been
impeded by an inability to isolate and structurally characterize the active genotoxic metabolite(s). During the
previous funding period of this grant, we gained critical information about colibactin's structure and mode of
action by studying the enzymes involved in its biosynthesis. Most notably, we established that colibactin is a
DNA alkylating agent and proposed a potential structure for the active genotoxin. The overall objective of this
renewal application is to elucidate additional molecular mechanisms underlying colibactin's activity and role in
CRC carcinogenesis. Building off of the central hypothesis that the genotoxic activity of colibactin derives from
the formation of DNA interstrand cross-links (ICLs), our three specific aims will: 1) characterize the specificity
and structure of colibactin-DNA ICLs; 2) develop small molecules that inhibit colibactin biosynthesis in microbial
communities; 3) elucidate the physiological location and timing of colibactin-mediated DNA damage in CRC
development. These advances will be enabled by our multidisciplinary approach, which merges knowledge and
techniques from chemical biology, structural biology, microbiology, toxicology, and cancer biology. Overall, this
effort will fill critical gaps in fundamental knowledge needed to elucidate the role of colibactin-producing gut
bacteria in CRC carcinogenesis and ultimately impact cancer prevention, diagnosis, and treatment. Additionally,
by successfully demonstrating that studying and manipulating individual disease-associated microbial pathways
can provide key mechanistic insights, this work will also support and validate future efforts to understand how
other gut microbial activities influence CRC initiation and development.
项目概要
结直肠癌 (CRC) 是美国第三大常见癌症,也是导致人类死亡的第二大原因
癌症死亡。过去几十年的研究表明,肠道微生物群影响结直肠癌,并且
最近的研究表明肠道细菌基因毒素是癌症发生和进展的关键效应物。
与癌症关系最密切的细菌基因毒素之一是大肠杆菌素,它是人类产生的代谢产物
肠道共生细菌,包括某些大肠杆菌菌株,它们拥有称为
pks岛。结直肠癌患者中 pks+ 大肠杆菌的患病率增加以及 pks+ 菌株的增强能力
结直肠癌小鼠模型中的肿瘤发生表明大肠杆菌素可能在癌症进展中发挥因果作用。
然而,对大肠杆菌素的遗传毒性和对结直肠癌的贡献的机制了解一直很困难。
由于无法分离和结构表征活性基因毒性代谢物而受到阻碍。期间
在本次资助的前一个资助期间,我们获得了有关 colibactin 的结构和模式的重要信息
通过研究参与其生物合成的酶来发挥作用。最值得注意的是,我们确定大肠杆菌素是一种
DNA烷化剂并提出了活性基因毒素的潜在结构。本次活动的总体目标
更新申请旨在阐明大肠杆菌素的活性和作用背后的其他分子机制
结直肠癌的致癌作用。基于大肠杆菌素的基因毒性活性源自的中心假设
DNA 链间交联 (ICL) 的形成,我们的三个具体目标将:1) 表征特异性
colibactin-DNA ICL 的结构和结构; 2)开发抑制微生物大肠杆菌素生物合成的小分子
社区; 3)阐明结肠直肠癌中大肠杆菌素介导的DNA损伤的生理位置和时间
发展。这些进步将通过我们的多学科方法来实现,该方法融合了知识和
化学生物学、结构生物学、微生物学、毒理学和癌症生物学的技术。总体而言,这
努力将填补阐明产生大肠杆菌素的肠道的作用所需的基础知识的关键空白
CRC 致癌过程中的细菌,并最终影响癌症的预防、诊断和治疗。此外,
通过成功地证明研究和操纵个体疾病相关的微生物途径
可以提供关键的机制见解,这项工作还将支持和验证未来的努力,以了解如何
其他肠道微生物活动影响结直肠癌的发生和发展。
项目成果
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专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(2)
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